Fisica statistica ed informatica – Cinetica molecolare

Cinetica molecolare di un gas

Cos'è un gas?

• Con il termine gas in fisica, si indica uno dei tre diversi stati di aggregazione in cui può presentarsi la materia.
• Il gas possiede una densità inferiore a quella dei liquidi e solidi, è privo di volume definito e si espande rapidamente, riempiendo tutto il volume dei contenitori in cui si trova.
• La parte della fisica che studia le variazioni del moto in corrispondenza delle variazioni di temperatura è la termodinamica.
• Per studiare il moto delle molecole è stata formulata la cosiddetta: teoria cinetica dei gas.

Caratteristiche delle molecole dei gas ideali

• Verso la fine del 1800, gli scienziati formularono la teoria sul moto delle molecole in un gas, basandosi sul modello di un gas ideale.
• Le molecole di gas prese in esame, hanno le seguenti caratteristiche:
  • Si comportano come masse puntiformi, in continuo e disordinato movimento.
  • Tra di loro non esercitano attrazioni o repulsioni e per questo motivo si muovono indipendentemente l'una dall'altra.
  • Le molecole danno luogo ad urti, tra loro e contro le pareti del recipiente (impulsi), i quali diminuiscono l'energia di ogni singola molecola, ma l'energia media e totale di tutte le molecole rimane costante.

La legge di Van der Waals

• Il comportamento dei gas ideali si discosta notevolmente da quello dei gas reali.
• In luce di queste incongruenze di comportamento, molti studiosi formularono delle teorie che modificavano la legge generale PV = nRT.
• Una legge molto nota è quella di Van der Waals, che si esprime secondo la seguente equazione:
• (p + n²a/V²) (V – nb) = nRT.

Interpretazione microscopica della legge di Van der Waals

• In base alla legge di Van der Waals le molecole, presentano tra loro una interazione, per via di forze che agiscono a corto raggio.
• Da ciò si evince che le molecole sono fortemente repulsive quando sono a breve distanza fra loro.
• Le particelle sono invece debolmente attrattive se sono ad una distanza media.
• Infine, queste forze evidenziate da Van der Waals, sono nulle tra due molecole poste a grande distanza l'una dall'altra.

Transizioni di fase

• A basse temperature, quindi in condizioni di scarsa mobilità molecolare, ad alte pressioni, a volumi ridotti, le molecole di un gas sentono notevolmente le forze attrattive delle altre molecole.
• In questi casi i legami diventano così intensi da far cambiare lo stato.